喘振控制在高炉鼓风机系统中的应用

喘振控制在高炉鼓风机系统中的应用

【摘要】本文概述了喘振控制在高炉鼓风机系统中的应用，并详细地介绍了喘振曲线的形成过程、喘振系统的基本原则以及逆流保护系统的作用。

【关键词】喘振；临界喘振点；喘振线；逆流

前言

在风机系统中喘振是特有的不正常工况，风机（轴流压缩机）绝对禁止在喘振工况下运行，为此，设置了防喘振控制系统。当风机接近喘振工况时，控制系统调节放风阀打开某一开度，使风机的工况得以改变，从而避免进入喘振区。

1 喘振控制系统介绍

设曲线（1）为管网系统的阻力线，当静叶开度为a时，曲线（1）与特性曲线a的交点a就是压缩机此时稳定工况点。如果静叶开度a不变，而管网阻力增加，则工况点会沿曲线a上移，当超过某点b，就会发现压缩机输出流量和排气压力出现紊乱，发生如同哮喘病人喘气般的响声，机器发生振动，所以形象地称为喘振。b点称为临界喘振点。显然，在不同的静叶开度下重复上述过程，都存在这样一个临界喘振点，将所有喘振点联起来形成的曲线，称为喘振线。喘振线以上的区域称为喘振区，压缩机只允许在喘振线以下的区域运行。

喘振形成的原因是很复杂的，简单说明如下：当进气量过小时，在叶片凸侧面将出现气流分离现象，当气流分离现象严重时，造成

压缩机排气压力降低，如果管网容量较大，压力较高，则管网压力大于排气压力，使压缩机排气量更加减少，加剧气流分离现象，联锁反应的结果会使压缩机排气量为零，甚至为负（管网向压缩机倒流），但管网压力也不是维持不变的，随着管网向工艺排气，它的压力也在下降，当下降到低于压缩机排气压力时（因压缩机仍在旋转，产生压力），压缩机又会向管网排气，使管网压力回升，如果管网阻力线不变，仍是曲线（2），则又会周而复始地重复上述循环，形成气流的忽小忽大，忽进忽出的喘振。

2 喘振系统的基本原则

fig. 2 anti-surge control system performance curve

由上述喘振形成过程可以看出，在一定的排气压力下，防止风机流量过小，就能避免喘振。然而，工艺管网的阻力线是一定的，所以在工厂实际应用中经常采用机后放风法来增大风机流量。它的基本原理为：设风机运行在恒流量qo输出，当排气压力升高超过喘振线时（如b点）则自动增大风机的排气量为qc（静叶开度相应为a3），即工作点移动到了c点，即喘振线以下的区域。为了保证工艺所需的流量仍为qo，可将多余的流量qc-qo机后放空。

3 防喘控制方法

放风线可用一函数关系式表示：p2=f（dp1/con），其中dp1/con 为用喉部差压测出的流量值q，经温度补正再进行运算f（dp1/con，t1）后作为调节单元的给定值sv，实际值pv为压缩机的排气压力p，若pv1sv，运行点处于放风线左上侧，调节单元输出由+20ma逐

渐减小，使放风阀逐渐打开，直至pv=sv，输出不变，放风阀停留在对应的某一开度上，运行点稳定在正常工作区。

风机的特性是，在某一压力值时，风机只能在对应的最小流量以上运行。如果高炉需要的风量低于风机某一压力所对应的最小流量，为避免流过风机叶片的流量发生不稳定，防喘振控制器打开放空阀，把部分风量排放到大气中。防喘振控制器包括以下所述几个特性，以满足生产所需。根据操作点接近喘振线的速度，动态控制线dyn有比例地增加喘振线和控制线间的安全距离。当操作点以非常快的速度逼近控制线时，dyn加法器提前让dyn动作，以尽可能快的速度打开放风阀。

放风线下3～5%设一报警线，当工作点越过此报警线时，控制系统发出声光报警。当工作点在报警线和放风线之间时，报警声停止，只有报警闪烁，当操作点越过放风线时，控制器输出一个4-20ma

信号使防喘振阀打开一定角度，当操作点越过vg增益线（设在放风线上方），控制器增加开环控制器的输出，使放风阀更快速打开。当操作点到达vg线时，控制系统发出声光报警。安全线（设在增益线上方）sl能旁路所有控制器，紧急打开放风阀。控制线包括增益线和安全线

4 放空阀快开慢关控制单元

从喘振控制系统的原理可以看出，该系统属调节系统，它的调节过程是这样的：设风机为恒流量控制。如果管网阻力增大引起风机出口压力p2升高，当p2>f（dp1/con）时，调节器输入负偏差，则

输出值由+20ma下降，使放空阀打开，以消除喘振。放空阀的打开势必引起p2下降，当p2

那么，能否用增大防喘振系统的调节时间来避免放空阀的剧烈振荡呢？事实是不行的。因为要求调节防喘振系统应该有足够的快速性迅速打开放空阀及时消除喘振，调节动作慢不仅会使风机不能及时脱离喘振工况，而且可能会使喘振发展成逆流，甚至造成机器的损坏。上述振荡周期应该包括阀的打开过程和关闭过程时间，既然打开时间不能加长，那么能否用增大关闭过程时间来延长阀的振荡周期，甚至不振荡呢？“快开慢关”控制单元正是基于这种设想而提出来的。具体来讲，就是说。调节器输出在减少时，应快，以使放空阀快开；调节器输出增大时，应慢，以免放空阀过快关小或关闭，造成再次喘振。

5 结束语

喘振是风机的一种固有特性，喘振所造成的危害更为严重，为了防止风机接近喘振点运行，所以必需设置可靠的防喘振保护系统。参考文献

[1]阎云龙，武善业.《风机及系统运行与维修》.机械工业出版

社

[2]陈余平，吴士年.《自动控制系统》.机械工业出版社.